Александр Степанович Попов, первый российский радиотехник, известен в основном по созданию радио, однако оно не единственное, что было изобретено гениальным ученым. К его заслугам относится также идея грозоотметчика и телефонного приемника. Попов родился в семье священника 4 марта 1859 года по старому стилю в поселении Турьинские рудники. Его родная сестра Августа тоже оставила след в истории – она была художницей и женой профессора Капустина. Семья будущего изобретателя была довольно большой и насчитывала шестеро детей. Образование Попов получил достойное, и поначалу шел по стопам отца, тоже собираясь связать свою жизнь с церковью: свои первые знания он начал получать в Далматовском духовном училище, где проучился с 10-летнего до 12-летнего возраста, а после поступил в Екатеринбургское духовное училище и успешно окончил его еще спустя два года. Следом юноша поступил в Пермскую духовную семинарию и в 1877 году с отличием завершил обучение там. Уже во время его общеобразовательных занятий в семинарии он понял, что посвятить себя он хочет именно науке, в частности физике. Ввиду его успехов Попова без сдачи экзаменов приняли на физико-математический факультет Санкт-Петербургского университета. И хоть годы обучения в ВУЗе были нелегкими для Попова (он сильно болел, ему приходилось совмещать лекции с работой репетитора и экскурсовода на электротехнической выставке), ученый в 1882 году сумел защитить диссертацию и даже получить степень кандидата университета и оказаться приглашенным для подготовки к званию профессора. Итак, что же изобрел Попов?
Грозоотметчик
Пусть грозоотметчик (детектор молний) и не самое известное изобретение Попова, однако его важности умалять нельзя. История этого прибора берет начало не с русского изобретателя, а от Генриха Герца. В 1887 году физиком была написана статья «Об очень быстрых электрических колебаниях», в которой были описаны некоторые опыты с передатчиком и приемником электрических колебаний. Через два года другой физик, Оливер Лодж, немного усовершенствовав установку Герца проводил те же опыты. В 1894 году, после длительных опытов, проводимых Лоджем наряду с Э. Бранли, на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки были впервые показаны на публике опыты по передаче и приему радиоволн. Незадолго после этого все сведения были опубликованы. Этими материалами и заинтересовался Попов.
Грозоотметчик
Вместе со своим ассистентом Рыбкиным он занялся усовершенствованием прибора Лоджа, добавил электромагнитное реле и заменил часовой механизм молоточком, а также добавил к прибору новое изобретение Николы Теслы – антенну.
Устройство было представлено на заседании Русского физико-химического общества и получило полное название «прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний». В одной из модификаций в цепь реле подключили пишущую катушку братьев Ришар, и именно таким образом стало возможным отслеживать электромагнитные колебания в атмосфере.
Первоначальным названием прибора стало «разрядоотметчик», но позже оно трансформировалось в современное «грозоотметчик». Его установили на метеорологической станции института, где он успешно прослужил до 1927 года. В целом, хоть устройство и вышло достаточно грубым, но все свои функции выполняло качественно и отличалось надежностью. Именно прибор Попова было наиболее подходящим для практического применения, так как его предшественники годились разве что для демонстраций.
Грозоотметчики имеют место быть и в современном мире, более того существует несколько разновидностей этого прибора: акустические (реагирующие на гром), оптические (отмечающие вспышки света) и электрические (фиксирующие изменения в магнитном поле), причем последние имеют наибольшее распространение в современном мире. Обычно их используют в различных метеорологических службах, если нужно определить координаты места ударов молний, чтобы предотвратить риски возникновения лесных пожаров или выход из строя электросетей.
Монопольная антенна
Данный прибор некоторые считают изобретением Гульельмо Маркони, несмотря на то, что Попов создал такую же примерно в то же время абсолютно независимо. Данная антенна была создана в 1895 году, а запатентована через год. Прибор был создан на основе дипольных антенн, придуманных Генрихом Герцем. Последние представляли собой два идентичных горизонтальных провода с металлическими пластинами на концах. Путем проб и ошибок было установлено, что если одну строну приемника и передатчика подключить к проводу, подвешенному над головой, а вторую подключить непосредственно к Земле, то зона действия диполя сможет охватывать гораздо большие расстояния.
В современном мире монопольные антенны тоже существуют и используются. Они излучают вертикально поляризованные волны во всех направлениях, перпендикулярных самой антенне. Существует несколько типов таких устройств. Т-антенна или зонтичная антенна используется для работы на низких частотах (ниже 20 МГц), и заземление происходит на самой Земле. Нужны такие устройства для радиовещания в диапазоне MF и LF.
Заземленная антенна состоит из штыревой антенны с заземляющей пластиной, оснащенной несколькими проводами и различными стержнями. Такой тип антенн работает на частотах VHF и UHF, а значит, антенну следует устанавливать над землей и заземляющий слой должен быть меньше, для чего и используются искусственные заземляющие пластины.
Монопольная антенна Попова
Так называемые антенны-утки или четвертьволновые штыревые антенны используются в рациях и небольших радиоприемниках. В сотовых телефонах применяется немного другой вид антенны – перевернутая F. В данном случае роль заземляющего слоя может сыграть рука человека. Принцип ее работы больше напоминает ассиметричную дипольную, нежели монопольную антенну. Для увеличения надежности и прочности самой антенны, ее иногда печатают на подложке из диэлектрика, к тому же такие устройства легко изготавливаются на основе технологий печатных плат. Собственно поэтому они и имеют название печатные монопольные антенны, используемые в беспроводных сетях и RFID.
Радио
В современном мире существует множество видов и классификаций радиоприемников. Например телевизионные, радиовещательные, радиолокационные, измерительные и т.д. Диапазон принимаемых волн очень обширен: от мириаметровых волн частотой 3 кГц-30 кГц до миллиметровых волн частотой 30 ГГц-300 ГГц.
История радио имеет общее начало с историей грозоотметчика, так как последний собственно является немного переделанной версией радиоприемника и работает по схожим принципам. В 1887 году Генрихом Герцем был создан искровой передатчик радиоволн с использованной в нем дипольной передающей антенной, так как монополей в то время еще не существовало. В том же году прибор был испытан – радиоволны были переданы и приняты, тем самым существование их было окончательно доказано. Спустя семь лет Лодж продемонстрировал радиотелеграфию на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки. Радиосигнал на азбуке Морзе был отправлен на не очень далекое расстояние в 40 м. Рождением русского радио принято считать 7 мая 1895 года, когда Попов представил улучшенную версию радиоприемника на заседании Русского физико-химического общества. Этот прибор был общим предком современных грозоотметчика и радиоприемника. Первая статья о приборе вышла во втором издании учебника Лачинова «Метеорология и климатология» в 1895 году. Спустя всего 4 года уже была построена первая линия связи длиной в 45 км, соединявшая финский город Котку и остров Гогланд.
Попов представляет радио
В 1950-х годах начали распространяться приемники на транзисторах. Первый четырехтранзисторное радио было создано немцем Гербертом Матаре в 1953 году, а в продажу такие модели поступили через год. Но транзисторы плотно не прижились в радио, уже в 1970-х годах их заменили интегральные микросхемы. И хоть в настоящее время радиотехнологии уступили место телевиденью и Интернету, развитие радиоприемников все же происходит, теперь с помощью интеграции узлов схемы, а также за счет цифровой обработки сигналов. Принцип работы приемников довольно сложный. Колебания электромагнитного поля в антенне преобразуется в электрический ток, там же колебания, представляющие собой нужную информацию, отделяются от помех, то есть нежелательных колебаний. Из сигнала выделяется нужная информация, и полученный сигнал преобразуется в необходимый вид, будь то звук, изображение или поток цифровых данных.
Автор: Ксения Бирюкова